(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それを中心としてローター(３,３０,４０)が回転可能な主中心回転軸線(４)を有する前記ローター(３,３０,４０)を具備してなるタービンであって、前記ローター(３,３０,４０)は、第１の端部(１０)および第２の端部(１１)間で延在すると共にエーロフォイルあるいはハイドロフォイル断面の一方の実質的にその全長に沿った横断面を有するスパイラル形態の少なくとも一つの長尺なリボン型ブレード(７)を具備してなり、前記少なくとも一つのブレード(７)の前記第１の端部(１０)は前記主中心回転軸線(４)に隣接する第１の位置(１４)に隣接して配置され、かつ、前記少なくとも一つのブレード(７)の前記第２の端部(１１)は前記主中心回転軸線(４)に隣接する第２の位置(１５)に隣接して配置され、前記第２の位置(１５)は前記第１の位置(１４)から前記主中心回転軸線に沿って離間しており、前記少なくとも一つのブレード(７)は第１のスパイラル(１２)および第２のスパイラル(１３)を有し、前記第１のスパイラル(１２)は第１の中心スパイラル軸線を有し、かつ、前記第２のスパイラル(１３)は第２の中心スパイラル軸線を有し、前記ブレード(７)の前記第１および第２の端部(１０,１１)間の前記第１のスパイラル(１２)が前記主中心回転軸線(４)と実質的に一致する前記第１および第２の中心スパイラル軸線と出会うように、前記第１のスパイラル(１２)は前記ブレード(７)の前記第１の端部(１０)から延在すると共に前記第２のスパイラル(１３)は前記ブレード(７)の前記第２の端部(１１)から延在し、かつ、前記少なくとも一つのブレード(７)の前記第１および第２のスパイラル(１２,１３)は、前記ブレード(７)の前記それぞれの第１および第２の端部(１０,１１)から軸線に沿って反対方向に見たとき正反対のものであることを特徴とするタービン。
【請求項２】
前記少なくとも一つのブレード(７)の前記第１のスパイラル(１２)は最大スパイラル直径まで延在しており、かつ、前記第２のスパイラル(１３)の最大直径は前記第１のスパイラル(１２)の前記最大直径と近似していることを特徴とする請求項１に記載のタービン。
【請求項３】
前記少なくとも一つのブレード(７)の前記第１および第２のスパイラル(１２,１３)は、実質的にその前記第１および第２の端部(１０,１１)の中間で前記ブレード(７)に沿って出会うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタービン。
【請求項４】
前記少なくとも一つのブレード(７)の前記第１のスパイラル(１２)は、１２０°までの角度範囲にわたって前記主中心回転軸線(４)を中心として延在しており、かつ、前記少なくとも一つのブレード(７)の前記第２のスパイラル(１３)は、１２０°までの角度範囲にわたって前記主中心回転軸線(４)を中心として延在していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のタービン。
【請求項５】
前記少なくとも一つのブレード(７)は、実質的にその全長に沿って、実質的に一定の横断面を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のタービン。
【請求項６】
前記ローター(３,３０,４０)は、少なくとも二つの長尺なリボン型ブレード(７)を具備してなり、各ブレード(７)の前記第１の端部(１０)は、前記主中心回転軸線(４)に隣接する前記第１の位置(１４)に隣接して配置されており、かつ、各ブレード(７)の前記第２の端部(１１)は、前記主中心回転軸線(４)に隣接する前記第２の位置(１５)に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のタービン。
【請求項７】
前記ブレード(７)は互いに類似したものであり、かつ、前記主中心回転軸線(４)を中心として周方向に等間隔で配置されていることを特徴とする請求項６に記載のタービン。
【請求項８】
前記ローター(３,３０,４０)は長尺なメインシャフト(５)を具備してなり、かつ、各ブレード(７)の前記第１のスパイラル(１２)は、前記メインシャフト(５)に隣接する前記第１の位置(１４)から延在しており、かつ、各ブレード(７)の前記第２のスパイラル(１３)は、前記メインシャフト(５)に隣接する前記第２の位置(１５)から延在しており、各ブレード(７)は、前記ブレード(７)のダイブ角の選択的変更を容易にするために、対応する二次軸線(１８)を中心として前記主中心回転軸線(４)に対して、前記第１および第２の位置(１４,１５)に隣接して回動可能に連結されており、各ブレード(７)の前記二次軸線(１８)は前記主中心回転軸線(４)と実質的に平行に延在していることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のタービン。
【請求項９】
タービン用のローターであって、前記ローター(３,３０,４０)は、それを中心として前記ローター(３,３０,４０)が回転可能な主中心回転軸線(４)を有しており、前記ローター(３,３０,４０)は、第１の端部(１０)および第２の端部(１１)間で延在すると共にエーロフォイルあるいはハイドロフォイル断面の一方の実質的にその全長に沿った横断面を有するスパイラル形態の少なくとも一つの長尺なリボン型ブレード(７)を具備してなり、前記少なくとも一つのブレード(７)の前記第１の端部(１０)は前記主中心回転軸線(４)に隣接する第１の位置(１４)に隣接して配置され、かつ、前記少なくとも一つのブレード(７)の前記第２の端部(１１)は前記主中心回転軸線(４)に隣接する第２の位置(１５)に隣接して配置され、前記第２の位置(１５)は前記第１の位置(１４)から前記主中心軸線に沿って離間しており、前記少なくとも一つのブレード(７)は第１のスパイラル(１２)および第２のスパイラル(１３)を有し、前記第１のスパイラル(１２)は第１の中心スパイラル軸線を有し、かつ、前記第２のスパイラル(１３)は第２の中心スパイラル軸線を有し、前記ブレード(７)の前記第１および第２の端部(１０,１１)間の前記第１のスパイラル(１２)が、前記主中心回転軸線(４)と実質的に一致する前記第１および第２の中心スパイラル軸線と出会うように、前記第１のスパイラル(１２)は前記ブレード(７)の前記第１の端部(１０)から延在すると共に前記第２のスパイラル(１３)は前記ブレード(７)の前記第２の端部(１１)から延在し、かつ、前記少なくとも一つのブレード(７)の前記第１および第２のスパイラル(１２,１３)は、前記ブレード(７)の前記それぞれの第１および第２の端部(１０,１１)から軸線に沿って反対方向に見たとき正反対のものであることを特徴とするタービン用のローター。
【請求項１０】
前記少なくとも一つのブレード(７)の前記第１のスパイラル(１２)は最大スパイラル直径まで延在しており、かつ、前記第２のスパイラル(１３)の最大直径は前記第１のスパイラル(１２)の前記最大直径と近似していることを特徴とする請求項９に記載のローター。
【請求項１１】
前記少なくとも一つのブレード(７)の前記第１および第２のスパイラル(１２,１３)は、実質的にその前記第１および第２の端部(１０,１１)の中間で前記ブレード(７)に沿って出会うことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のローター。
【請求項１２】
前記少なくとも一つのブレード(７)の前記第１のスパイラル(１２)は、１２０°までの角度範囲にわたって前記主中心回転軸線(４)を中心として延在しており、かつ、前記少なくとも一つのブレード(７)の前記第２のスパイラル(１３)は、１２０°までの角度範囲にわたって前記主中心回転軸線(４)を中心として延在していることを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれか１項に記載のローター。
【請求項１３】
前記少なくとも一つのブレード(７)は、実質的にその全長に沿って、実質的に一定の横断面を有することを特徴とする請求項９ないし請求項１２のいずれか１項に記載のローター。
【請求項１４】
前記ローター(３,３０,４０)は、少なくとも二つの長尺なリボン型ブレード(７)を具備してなり、各ブレード(７)の前記第１の端部(１０)は、前記主中心回転軸線(４)に隣接する前記第１の位置(１４)に隣接して配置されており、かつ、各ブレード(７)の前記第２の端部(１１)は、前記主中心回転軸線(４)に隣接する前記第２の位置(１５)に隣接して配置されていることを特徴とする請求項９ないし請求項１３のいずれか１項に記載のローター。
【請求項１５】
前記ブレード(７)は互いに類似したものであり、かつ、前記主中心回転軸線(４)を中心として周方向に等間隔で配置されていることを特徴とする請求項１４に記載のローター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンに、特に水力タービンあるいは風力タービンに関するものであるが、言うまでもなく、当該タービンは適当な流動する流動性媒体によって作動させることができる。本発明はまた、タービン用のローターに関する。
【背景技術】
【０００２】
流動する流動性媒体、たとえば空気あるいは水を回転エネルギーへと変換するためのタービンは公知である。そうしたタービンは、概して、主中心軸線を中心として回転可能である回転可能に設けられたシャフトと、シャフトに対して連結された複数のタービンブレードとを有するローターを具備する。ブレードは、シャフトに対して、流動する流体がタービンブレードと相互作用する際にタービンブレードを動作させ、これが今度は、回転エネルギーを発生させるためにローターおよびローターのシャフトを回転させるよう構成されている。発電機あるいはその他の好適なエネルギー変換機が、それによって駆動されるローターのシャフトに対して連結される。ローターの主中心軸線に対するタービンブレードの形態に依存して、タービンは、軸流タービンであっても、半径流タービンであっても、あるいは軸・半径流タービンであってもよい。軸流タービンにおいては、流動する流動性媒体は、ローターの主中心軸線に対して軸方向にタービンを通過して流れる。半径流タービンにおいては、流動する流体は、ローターの主中心軸線に対して半径方向にタービンを通過して流れ、一方、軸・半径流タービンにおいては、概して、流動する流体は軸方向にタービンに入り、そして半径方向にタービンから出て行く。
【０００３】
半径流タービンは、風のエネルギーを回転エネルギーへと変換するのに特に適しているが、これは、それが無指向性であるから、すなわちその機能が風の吹いている方向に影響されないからである。だが、そうした半径流タービンは、さまざまな欠点を抱えている。たとえば、概して、それらは自己起動型ではなく、しかも起動が困難であり、そしてそうしたタービンが自己起動型でない場合、それは、風または水の作用によってその後継続して回転できる速度まで、それらを回転させるのに、かなりのエネルギーを必要とする。さらに、そうした半径流タービンは相対的に効率が良くない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
それゆえ、従来型タービンの問題の少なくともいくつかを解決するタービンが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、そうしたタービンを提供することを目的とし、かつ、本発明はまた、タービン用のローターを提供することを目的とする。
【０００６】
本発明によれば、それを中心としてローターが回転可能な主中心回転軸線を有するローターを具備してなるタービンが提供されるが、当該ローターは、第１の端部および第２の端部間で延在すると共にエーロフォイルあるいはハイドロフォイル断面の一方の実質的にその全長に沿った横断面を有する少なくとも一つの長尺なリボン型ブレードを具備してなり、少なくとも一つのブレードは、その第１の端部から延在する少なくとも一つの第１のスパイラルを有し、かつ、ブレードの第１の端部が第１の位置に隣接した状態で主中心回転軸線に隣接する第１の位置から延在しており、かつ、第１のスパイラルによって画定される第１の中心スパイラル軸線は主中心回転軸線と実質的に一致する。
【０００７】
本発明のある実施形態では、少なくとも一つのブレードの第１のスパイラルは最大スパイラル直径まで延在する。
【０００８】
好ましくは、少なくとも一つのブレードは、このブレードの第２の端部から延在する第２のスパイラルを有し、第２のスパイラルは、主中心回転軸線と実質的に一致する第２の中心スパイラル軸線を有し、少なくとも一つのブレードの第２の端部は、第１の位置から主中心回転軸線に沿って離間した主中心回転軸線に隣接する第２の位置近傍に配置される。
【０００９】
有利なことには、少なくとも一つのブレードの第１および第２のスパイラルは、その第１および第２の端部の中間でブレードに沿って出会う。
【００１０】
有利なことには、第２のスパイラルの最大直径は第１のスパイラルの最大直径と近似しており、かつ、理想を言えば、少なくとも一つのブレードの第１および第２のスパイラルは、その第１および第２の端部間の実質的に中間でブレードに沿って出会う。
【００１１】
本発明の他の実施形態では、少なくとも一つのブレードの第１および第２のスパイラルは、ブレードのそれぞれの第１および第２の端部から軸線に沿って反対方向に見たとき、正反対のものである。
【００１２】
本発明のある実施形態では、少なくとも一つのブレードの第１のスパイラルは、１２０°までの角度範囲にわたって主中心回転軸線を中心として延在する。好ましくは、少なくとも一つのブレードの第１のスパイラルは、５０°ないし７０°の範囲の角度範囲にわたって主中心回転軸線を中心として延在する。有利なことには、少なくとも一つのブレードの第１のスパイラルは、約６０°の角度範囲にわたって主中心回転軸線を中心として延在する。
【００１３】
本発明のある実施形態では、少なくとも一つのブレードの第２のスパイラルは、１２０°までの角度範囲にわたって主中心回転軸線を中心として延在する。好ましくは、少なくとも一つのブレードの第２のスパイラルは、５０°ないし７０°の範囲の角度範囲にわたって主中心回転軸線を中心として延在する。有利なことには、少なくとも一つのブレードの第２のスパイラルは、約６０°の角度範囲にわたって主中心回転軸線を中心として延在する。
【００１４】
好ましくは、少なくとも一つのブレードは、実質的にその全長に沿って、実質的に一定の横断面を有する。
【００１５】
本発明のある実施形態では、ローターは、少なくとも二つの長尺なリボン型ブレードを備え、各ブレードの第１の端部は、主中心回転軸線に隣接する第１の位置に隣接して配置される。好ましくは、ローターは三つの長尺なリボン型ブレードを備え、各ブレードの第１の端部は、主中心回転軸線に隣接する第１の位置に隣接して配置され、そして有利なことには、ブレードは互いに類似しており、そして理想を言えば、ブレードは、主中心回転軸線を中心として周方向に等間隔で配置される。
【００１６】
本発明のある実施形態では、ローターは長尺なメインシャフトを具備してなり、かつ、各ブレードの第１のスパイラルはメインシャフトに隣接する第１の位置から延在し、そして好ましくは、各ブレードの第２のスパイラルは、メインシャフトに隣接する第２の位置から延在する。
【００１７】
本発明のある実施形態では、各ブレードはブレードのダイブ角の選択的変更を容易にするために主中心回転軸線に対して第１の位置に隣接して回動可能に連結される。好ましくは、各ブレードは、第２の位置に隣接して主中心回転軸線に対して回動可能に連結される。有利なことには、各ブレードは、ブレードのダイブ角の変更を容易にするために、対応する二次軸線を中心として主中心回転軸線に対して回動可能に連結され、各ブレードの二次軸線は主中心回転軸線と実質的に平行に延在する。
【００１８】
本発明のある実施形態では、タービンは水力駆動されるよう構成される。
【００１９】
本発明はまた、本発明に基づくタービン用のローターを提供する。
【００２０】
さらに、本発明はタービン用のローターを提供し、このローターは、それを中心としてローターが回転可能である主中心回転軸線を有し、ローターは第１および第２の端部間で延在する少なくとも一つの長尺なリボン型ブレードを具備してなり、かつ、エーロフォイルおよびハイドロフォイル断面の一方の実質的にその全長に沿った横断面を有し、少なくとも一つのブレードは、その第１の端部から延在する少なくとも一つの第１のスパイラルを有し、かつ、ブレードの第１の端部が第１の位置に隣接した状態で主中心回転軸線に隣接する第１の位置から延在しており、かつ、第１のスパイラルによって画定される第１の中心スパイラル軸線は主中心回転軸線と実質的に一致する。
【００２１】
本発明のある実施形態では、ローターは、水力タービンにおける使用のために適合させられる。
【００２２】
本発明の利点は数多くある。本発明の特に重要な利点は、それが、特に効率がよく、しかもタービンを作動させる流動する流体がタービンに進入する方向に関係なく機能できるタービンを実現することである。さらに、本発明に基づくタービンは、概して、自己起動型である。ローターが単一のブレードを備える本発明の実施形態においては、単一のブレードが単一のスパイラルとして構成されるにしても、あるいは第１および第２のスパイラルとして構成されるにしても、ローターは、単一のブレードが概ね３６０°の角度範囲にわたってローターによって規定される主中心回転軸線を中心として延在すれば、自己起動型となると考えられる。さらに、ローターが、このローターの主中心軸線を中心として周方向に等間隔で配置された二つのブレードを備える場合、各ブレードが単一のスパイラルとして構成されるかあるいは第１および第２のスパイラルとして構成されるに関係なく、タービンは自己起動型であると考えられる。同様に、ローターが等間隔で配置された三つ以上のブレードを備える場合、各ブレードが単一のスパイラルとして構成されるにしても、あるいはそれぞれの第１および第２のスパイラルを含むように構成されるにしても、タービンは自己起動型であると考えられる。
【００２３】
特に、ローターが、このローターの主中心軸線を中心として周方向に等間隔で配置された三つのブレードを備え、かつ、各ブレードが第１および第２のスパイラルの形態に構成されると共に各ブレードの第１のスパイラルおよび第２のスパイラルがそれぞれ、約６０°のローターの主中心軸線を中心とする角度範囲にわたって延在し、そして各ブレードの第１および第２のスパイラルが対称形状を有する、本発明のある実施形態においては、ローターの全ての角ポジションに関して流動する媒体によってブレードに作用する力の総和は、既定の回転方向のローターの回転を開始させるか、あるいは既定の回転方向のローターの回転を維持するためにローターに作用する既定の回転方向の回転力を生じることが分かっている。したがって、本発明のこの実施形態においては、タービンは自己起動型である。
【００２４】
さらに、対称形状を有しかつブレードのそれぞれの対向する端部から延在する第１および第２のスパイラルの形態のブレードを提供することによって、タービンの特に効率のよい構造が実現される。
【００２５】
各ブレードを第１および第２の正反対スパイラルの形態となるように構成することによって、ブレードのそれぞれの第１および第２の端部からその中間点に向かって各ブレードに沿ってスパイラルの組み合わせによって引き起こされる圧力勾配は、タービンの運転効率を高める相乗効果を持つと考えられる。この相乗効果は、(場合によっては)各ブレードの水力的プロファイルあるいは空力的プロファイルによって高められると考えられる。
【００２６】
本発明に基づくタービンの、特にそれが水力タービンとして使用される場合の、さらなる利点は、それが環境に優しいということである。さらに、タービンが水力タービンとして使用される場合、ブレードのみを水面下に沈めればよい。発電機、あるいはタービンによって駆動されるその他の負荷装置は水位よりも上方に配置できる。ローターブレードの形状に起因して、ローターの３６０°回転サイクルの所与の部分におけるブレードに沿ったエネルギー分布は、過度に有害な力がブレード内に生じる危険が回避されるようなものとなっている。
【００２７】
本発明は、図面を参照した、そのいくつかの好ましい実施形態(これは単なる実例として提示したものである)に関する以下の説明から、より明確に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に基づくタービンの斜視図である。
【図２】図１のタービンの、やはり本発明に基づくローターの正面図である。
【図３】図１のタービンの図２のローターの平面図である。
【図４】ローターの一部を断面にて示す、図１のタービンの図２のローターの正面図である。
【図５】図１のタービンの図２の線Ｖ−Ｖでの図２のローターの下部横断面図である。
【図６】やはり本発明の他の実施形態に基づくタービンの本発明の他の実施形態に基づくローターの正面図である。
【図７】やはり本発明のさらなる実施形態に基づくタービンの本発明のさらなる実施形態に基づくローターの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図面を、まず図１ないし図５を参照すると、本発明に基づくタービンが概ね参照数字１によって示されているが、本発明のこの実施形態において、これは、水力タービンである。タービン１はメインサポートフレームワーク２を具備してなるが、その中には、やはり本発明に基づくローター３が主中心回転軸線４を中心として回転可能に設けられている。ローター３は長尺なメインシャフト５を具備してなるが、これは、主中心回転軸線４を画定しておりかつベアリング６内で回転可能に支持されている。三つの類似の長尺なリボン型ブレード７が、一対の軸方向に離間したキャリアディスク８および９によって、メインシャフト５に対して連結されており、かつ、メインサポートフレームワーク２内でメインシャフト５を回転させることによってローター３を通過する水の放射状の流れを回転エネルギーへと変換するためにメインシャフト５を中心として周方向に等間隔で配置されている。ローター３の各ブレード７は第１の端部１０と第２の端部１１との間で延在しており、かつ、以下で詳しく説明するように、第１および第２の端部１０および１１付近でキャリアディスク８および９に連結されている。
【００３０】
各ブレード７は第１の上側スパイラル１２および第２の下側スパイラル１３を有する。各ブレード７の第１のスパイラル１２はブレード７の第１の端部１０から延在しており、かつ、各ブレード７の第２のスパイラル１３はブレード７の第２の端部１１から延在している。各ブレード７の第１および第２のスパイラル１２および１３は、そのそれぞれの対向する第１および第２の端部１０および１１からそのそれぞれの最大直径の端部に向かって正反対の軸方向に見たときに対称形状を有する。すなわち、各ブレード７の第２のスパイラル１３はブレード７の第１のスパイラル１２の鏡像である。各ブレード７の第１のスパイラル１２は互いに同じ形状であり、一方、各ブレード７の第２のスパイラル１３もまた互いに同じ形状である。各ブレード７の第１および第２のスパイラル１２および１３は近似した最大直径を有し、したがって各ブレード７の第１および第２のスパイラル１２および１３は、その第１および第２の端部１０および１１間の概ね中間でブレード７に沿って出会う。各ブレード７の第１のスパイラル１２は約６０°の角度範囲にわたって主中心回転軸線４の周囲で延在しており、かつ、各ブレード７の第２のスパイラル１３もまた約６０°の角度範囲にわたって主中心回転軸線４の周囲で延在している。
【００３１】
キャリアディスク８および９は、それぞれの軸方向に離間した第１および第２の位置１４および１５において、メインシャフト５に対して堅固に固定されている。ブレード７の第１および第２の端部１０および１１は、それぞれ、ピボットシャフト１６および１７によって、それぞれのキャリアディスク８および９に対して回動可能に連結されている。各ブレード７のピボットシャフト１６および１７は、対応する二次軸線１８を画定するが、それを中心として、ブレード７は、ブレード７の第１および第２のスパイラル１２および１３のダイブ角を増大あるいは減少させるためにブレード７を進めるか遅らせるために回動可能である。ブレード７のダイブ角を選択的に変更するために、そして所望のダイブ角においてブレード７を保持するために、それぞれの二次軸線１８を中心としてブレード７を回動させるために、適切な機構(図示せず)がキャリアディスク８および９の少なくとも一方に配置されている。ブレード７のダイブ角を変更するための機構(図示せず)は手動で操作可能であってもよく、あるいは、たとえばサーボモーター(やはり図示せず)によって作動させられてもよい。ブレード７は、ピボットシャフト１６および１７によってキャリアディスク８および９に対して連結され、この結果、各ブレード７の第１および第２のスパイラル１２および１３の第１および第２の中心スパイラル軸線は、ブレード７の第１および第２のスパイラル１２および１３の全ての妥当なダイブ角に関して、メインシャフト５の主中心回転軸線４と実質的に一致する。
【００３２】
ここで、特に、図４および図５を参照すると、各ブレード７は、実質的にその全長にわたって一定のハイドロフォイル(翼形)断面を有する。各ブレード７のハイドロフォイル断面は、ブレード７の前縁２０を形成するリーディングポイント１９と、ブレード７の後縁２２を形成するトレーリングポイント２１とを備える。各ハイドロフォイル断面のリーディングポイント１９からトレーリングポイント２１へと延在する外側ライン２３は、ブレード７の外面２４を画定する。各ハイドロフォイル断面のリーディングポイント１９からトレーリングポイント２１へと延在する内側ライン２５は、ブレード７の内面２６を画定する。各ブレード７のリーディングポイント１９からトレーリングポイント２１へと至る外側ライン２３の長さは、矢印Ｂの方向に水がブレード７を通過して流れるときに矢印Ａの方向の揚力を与えるために、リーディングポイント１９からトレーリングポイント２１へと至る内側ライン２５の長さよりも大きなものである。
【００３３】
本発明のこの実施形態では、ローター３のブレード７は球体を形成している。
【００３４】
使用時、実際には、タービン１は、その中にメインシャフト５が回転可能に設けられることになる適当なハウジングを有する。タービン１は、単にタービン１の図示説明を容易にするために、フレームワーク２内に回転可能に設けられたローター３と共に示している。タービン１は、水の流れの中に、たとえば川の中、海の潮流の中、あるいは適当な場所に配置され、そして理想的には、その主中心回転軸線４が垂直に延在する状態で配置されるが、タービン１は、主中心回転軸線４が水平方向に、あるいは垂直と水平との間のいかなる適当なあるいは所望の角度で延在する状態で配置されてもよいことは当業者にとって自明である。
【００３５】
ブレード７のハイドロフォイル断面に作用する矢印Ｂの方向にブレード７を通過する水の流れは矢印Ｃの方向にブレード７を動作させ、これによって、ローター３を、そしてメインシャフト５を矢印Ｄの方向に回転させる(図５参照)。ブレード７を通過して水が流れ続けるとき、矢印Ｃの方向のブレード７の前方への動きは、ローター３を、そしてメインシャフト５を矢印Ｄの方向に継続して回転させるが、これは、発電機を直に、あるいはギアボックスあるいは駆動トランスミッションを介して作動させるために、あるいはその他の原動機を駆動するために使用可能である。
【００３６】
ブレード７の第１および第２のスパイラル１２および１３のダイブ角を変更する必要がある場合、ブレード７は、ピボットシャフト１６および１７によって規定されるそのそれぞれの二次軸線１８を中心として回動させられる。第１および第２のスパイラル１２および１３のダイブ角は、メインシャフト５の回転Ｄの方向にピボットシャフト１６および１７によって規定されるそれぞれの二次軸線１８を中心としてブレード７を回動させることによってブレード７を進めることによって増大させられ、かつ、ブレード７の第１および第２のスパイラル１２および１３のダイブ角は、メインシャフト５の回転の方向と反対の方向に、すなわち矢印Ｄのそれとは反対の方向に、ピボットシャフト１６および１７によって規定される二次軸線１８を中心としてブレード７を回動させることによってブレード７を遅らせることによって減少させられる。比較的ゆっくりと流れる水に関しては、ブレード７の第１および第２のスパイラル１２および１３のダイブ角は増大させられ、そして水の流れの速度が増大するときには減少させられる。
【００３７】
だが、ブレード７の第１および第２のスパイラル１２および１３の最大ダイブ角から最小ダイブ角への最大角シフトは、メインシャフト５の主中心回転軸線４からの個々のブレードの二次軸線１８間の間隔に依存する。個々の二次軸線１８が主中心回転軸線４に近づけば近づくほど、最大および最小ダイブ角間のダイブ角の範囲は小さくなる。すなわち、その範囲にわたって各ブレードが最大ダイブ角から最小ダイブ角へとシフトできるダイブ角は、個々の二次軸線１８と主中心回転軸線４との間の間隔が減少するにつれて減少する。
【００３８】
ここで図６および図７を参照すると、やはり本発明の他の実施形態に基づくタービン(図示せず)用の、それぞれ参照数字３０および４０によって大まかに示される本発明の他の実施形態に基づく二つのローターが示されている。図６のローター３０は、実質的に、図１ないし図５を参照して説明したタービン１のローター３に類似しており、類似のコンポーネントは同じ参照数字が付されている。図６のローター３０と、図１ないし図５のタービン１のローター３との唯一の差異は、ローター３０のブレード７は、球体を形作る代わりに、主中心回転軸線４と交差するように延在するその主面を有する卵形体を形作っていることである。図７のローター４０と、図１ないし図５を参照して説明したタービン１のローター３との唯一の差異は、ローター４０のブレード７は、球体を形作る代わりに、その主面が主中心回転軸線４を含んでいる卵形体を形作っていることである。
【００３９】
図６のローター３０を備えたタービンを提供する利点は、このタービンは、特に、主中心回転軸線４が垂直に延在する状態でタービンが運転される場合に、浅い水域において使用するのに適していることである。たとえば、図６のタービンは、特に、浅い水域において使用するのに適しており、かつ、たとえば潮の影響を受ける入江(河口)のような、そうした浅い水域において、より大きな行程容積を実現する。図７のローター４０を備えたタービンの利点は、このタービンは、特に、ローターがその主中心回転軸線４が水平となるように設置される場合に、浅い水域において使用するのに適していることである。たとえば、図７のタービンは、特に、主中心回転軸線が水平に延在する状態で作動するようにローター４０が配置された状態で、波力タービンとして使用するのに適している。
【００４０】
本発明に基づくタービンについて水力タービンとして説明してきたが、本タービンは風力タービンとして提供することも可能であり、この場合、タービンのブレード７は、ハイドロフォイル横断面の代わりに、エーロフォイル横断面を有するものとなる。
【００４１】
本発明に基づくタービンを三つのブレードを備えるものとして説明してきたが、ある例では、タービンは唯一つのブレードを備えていてもよく、そして別の例では、タービンは、二つ以上のいかなる適切な数のブレードを備えていてもよい。
【００４２】
さらに、各ブレードの第１および第２のスパイラルのそれぞれを、約６０°の角度範囲にわたって主中心回転軸線を中心として延在するものとして説明してきたが、ブレードの第１および第２のスパイラルは、６０°超のあるいはそれ未満の角度範囲にわたって主中心回転軸線を中心として延在していてもよく、実際、理論上は、主中心回転軸線を中心として３６０°超の角度範囲にわたって延在することが可能である。
【００４３】
また、各ブレードを形成する第１および第２のスパイラルについて、互いの鏡像として説明してきたが、これは好ましいが、必須ではない。
【００４４】
ある場合においては、各ブレードは、第１のスパイラルのみの形態で提供されてもよく、あるいは第２のスパイラルのみの形態で提供されてもよく、この場合、各ブレードは、スパイラルによって規定される主中心回転軸線から最大半径において終端が自由端をなす。
【００４５】
ブレード７は第１および第２のスパイラル１２および１３のダイブ角の変更を容易にするためにメインシャフト５に回動可能に連結されるのが望ましいが、これは必須ではなく、ある例では、ブレード７はメインシャフトに対して堅固に連結されてもよい。
【００４６】
その全長にわたって一定の横断面を有するものとしてブレードを説明してきたが、ある例では、ブレードの横断面はその全長にわたって変化してもよく、たとえば、第１および第２の端部付近のブレード横断面は、ブレードの第１および第２の端部間の中間位置付近のブレードの横断面よりも小さくてもよい。こうした場合には、ブレードの前縁および後縁間の距離は、ブレードの中央部分付近で、その第１および第２の端部の付近よりも大きくなり、そして各ブレードの前縁および後縁間の距離は、ブレードのそれぞれの第１および第２の端部からそれぞれの第１および第２の端部間の中間のブレードの中央部分に向かって漸進的に減少するであろう。すなわち、その前縁からその後縁に至る各ブレードの幅は、その第１および第２の端部において、ブレードの第１および第２の端部間の中間よりも広くなり、そして、その前縁からその後縁に至る各ブレードの幅は増大すると共に、概して、各ブレードの中央ポイントから、そのそれぞれの第１および第２の端部へと漸進的に増大するであろう。
【符号の説明】
【００４７】
１  タービン
２  メインサポートフレームワーク
３  ローター
４  主中心回転軸線
５  メインシャフト
６  ベアリング
７  ブレード
８,９  キャリアディスク
１０  第１の端部
１１  第２の端部
１２  第１の上側スパイラル
１３  第２の下側スパイラル
１４  第１の位置
１５  第２の位置
１６,１７  ピボットシャフト
１８  二次軸線
１９  リーディングポイント
２０  前縁
２１  トレーリングポイント
２２  後縁
２３  外側ライン
２４  外面
２５  内側ライン
２６  内面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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